JPH0610138A - Mocvd法による酸化物超電導体の製造方法 - Google Patents
Mocvd法による酸化物超電導体の製造方法Info
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- JPH0610138A JPH0610138A JP15934091A JP15934091A JPH0610138A JP H0610138 A JPH0610138 A JP H0610138A JP 15934091 A JP15934091 A JP 15934091A JP 15934091 A JP15934091 A JP 15934091A JP H0610138 A JPH0610138 A JP H0610138A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 有機金属(MO)原料ガスと反応ガスとの混
合噴き出し工程において、両ガスの乱流を形成させる。 【効果】 組成が均質であり、且つ大面積の基板に対し
ても均質な膜が得られるMOCVD法による酸化物超電
導体の製造方法を提供できる。
合噴き出し工程において、両ガスの乱流を形成させる。 【効果】 組成が均質であり、且つ大面積の基板に対し
ても均質な膜が得られるMOCVD法による酸化物超電
導体の製造方法を提供できる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、有機金属化学気相蒸着
(MOCVD)法を用いた酸化物超電導体の製造方法に
関するものである。
(MOCVD)法を用いた酸化物超電導体の製造方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、液体窒素温度(77K)以上で超
電導状態を示すY−Ba−Cu−O系やBi−Sr−Ca−
Cu−O系等の酸化物超電導体を各種の方法で作製する
ことが盛んに行われてきた。その中で有機金属化合物原
料を用いるMOCVD法は一般に合成速度が速い、連続
合成が可能、自由な形状の物の上に合成できる、厚膜状
に合成できる等の利点から酸化物超電導体のデバイス化
および線材化に有力な手法と見られ、広く検討されてい
る。
電導状態を示すY−Ba−Cu−O系やBi−Sr−Ca−
Cu−O系等の酸化物超電導体を各種の方法で作製する
ことが盛んに行われてきた。その中で有機金属化合物原
料を用いるMOCVD法は一般に合成速度が速い、連続
合成が可能、自由な形状の物の上に合成できる、厚膜状
に合成できる等の利点から酸化物超電導体のデバイス化
および線材化に有力な手法と見られ、広く検討されてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
従来のMOCVD法を用いた場合、ジャパニーズ・ジャ
ーナル・オブ・アプライド・フィジックス・レターズ
(Japanese Journal of Applied Physics Letters)2
7巻、1473頁(1988年)、および同アプライド・フィジ
ックス・レターズ、54巻、380頁(1989年)等の文献
に見られるように、得られた超電導体は、臨界温度が低
く、また不均質で表面の粗いものしか得られなかった。
これは、従来の方法が、原料ガスと反応ガスとの混合噴
き出し工程において、原料ガスと反応ガスとの混合が完
全ではなく、不均質な混合状態のまま基板上へと達する
ため、気相中の組成が不均一となり、基板上での反応も
不完全なものとなる。その結果、超電導特性と表面形状
の不良な膜が形成されることになる。従って、従来のM
OCVD法による酸化物超電導体の製造においては、原
料ガスと反応ガスとの混合方法および基板へのガスの噴
き出し方法に問題があるために、良好な特性を有する酸
化物超電導体の合成ができない、あるいは大きな面積に
均質な膜を作製できない等の欠点があった。さらに、従
来の方法では合成(反応)時間を連続的に長くして膜厚
を厚くした場合にも、その膜厚は組成が不均質になるた
めに超電導性を示さない、臨界温度が低い等の超電導性
能上の欠点が避けられなかった。本発明は、上記のよう
な従来の課題を解決し、原料ガスと反応ガスとの混合噴
き出し工程において、原料ガスと反応ガスとの混合を完
全に行うことにより、組成が均質であり、且つ大面積の
基板に対しても均質な膜が得られるMOCVD法による
酸化物超電導体の製造方法を提供することを目的とする
ものである。
従来のMOCVD法を用いた場合、ジャパニーズ・ジャ
ーナル・オブ・アプライド・フィジックス・レターズ
(Japanese Journal of Applied Physics Letters)2
7巻、1473頁(1988年)、および同アプライド・フィジ
ックス・レターズ、54巻、380頁(1989年)等の文献
に見られるように、得られた超電導体は、臨界温度が低
く、また不均質で表面の粗いものしか得られなかった。
これは、従来の方法が、原料ガスと反応ガスとの混合噴
き出し工程において、原料ガスと反応ガスとの混合が完
全ではなく、不均質な混合状態のまま基板上へと達する
ため、気相中の組成が不均一となり、基板上での反応も
不完全なものとなる。その結果、超電導特性と表面形状
の不良な膜が形成されることになる。従って、従来のM
OCVD法による酸化物超電導体の製造においては、原
料ガスと反応ガスとの混合方法および基板へのガスの噴
き出し方法に問題があるために、良好な特性を有する酸
化物超電導体の合成ができない、あるいは大きな面積に
均質な膜を作製できない等の欠点があった。さらに、従
来の方法では合成(反応)時間を連続的に長くして膜厚
を厚くした場合にも、その膜厚は組成が不均質になるた
めに超電導性を示さない、臨界温度が低い等の超電導性
能上の欠点が避けられなかった。本発明は、上記のよう
な従来の課題を解決し、原料ガスと反応ガスとの混合噴
き出し工程において、原料ガスと反応ガスとの混合を完
全に行うことにより、組成が均質であり、且つ大面積の
基板に対しても均質な膜が得られるMOCVD法による
酸化物超電導体の製造方法を提供することを目的とする
ものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
の結果、上記のような従来の課題を解決することができ
た。すなわち本発明は、有機金属(MO)原料ガスと反
応ガスとの混合噴き出し工程において、両ガスの乱流を
形成させることを特徴とする、MOCVD法による酸化
物超電導体の製造方法を提供するものである。
の結果、上記のような従来の課題を解決することができ
た。すなわち本発明は、有機金属(MO)原料ガスと反
応ガスとの混合噴き出し工程において、両ガスの乱流を
形成させることを特徴とする、MOCVD法による酸化
物超電導体の製造方法を提供するものである。
【0005】以下に、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明方法では、有機金属原料ガスと反応ガスとの混合
は、両ガスを乱流させることを特徴としている。両ガス
の乱流を起こさせる方法としては、MOCVD法を適用
する形態によって、様々に変わるものであり、とくに制
限されるものではないが、例えばコーン型あるいは円筒
型のガス噴き出しノズルにおいては、そのノズル断面の
接線方向あるいはそれに対してある角度をもたせて、そ
れぞれのガスが別の流入口から供給されるようにする
と、簡単に乱流を起こすことができる。また、別な方法
としては、反応管の中に内羽根を形成させ、これを回転
させながら、原料および反応ガスをノズル内に入射させ
ても乱流を起こすこともできる。また、原料ガスおよび
反応ガスの種類、酸化物超電導膜を基板上に形成させる
ための条件およびその膜厚等は、とくに限定されるもの
ではなく、自由に設定することができる。
本発明方法では、有機金属原料ガスと反応ガスとの混合
は、両ガスを乱流させることを特徴としている。両ガス
の乱流を起こさせる方法としては、MOCVD法を適用
する形態によって、様々に変わるものであり、とくに制
限されるものではないが、例えばコーン型あるいは円筒
型のガス噴き出しノズルにおいては、そのノズル断面の
接線方向あるいはそれに対してある角度をもたせて、そ
れぞれのガスが別の流入口から供給されるようにする
と、簡単に乱流を起こすことができる。また、別な方法
としては、反応管の中に内羽根を形成させ、これを回転
させながら、原料および反応ガスをノズル内に入射させ
ても乱流を起こすこともできる。また、原料ガスおよび
反応ガスの種類、酸化物超電導膜を基板上に形成させる
ための条件およびその膜厚等は、とくに限定されるもの
ではなく、自由に設定することができる。
【0006】
【作用】本発明において、有機金属(MO)原料ガスと
反応ガスとの乱流を作ることにより、均質なガス混合と
混合ガスが一様に噴き出され、均質で特性の優れた酸化
物超電導膜を大面積へも安定に形成させることが可能と
なる。
反応ガスとの乱流を作ることにより、均質なガス混合と
混合ガスが一様に噴き出され、均質で特性の優れた酸化
物超電導膜を大面積へも安定に形成させることが可能と
なる。
【0007】
【実施例】以下、実施例によって本発明を説明する。実施例1 図1は、この発明の一実施例を示す外部加熱型CVD装
置の構成図であり、1は反応管、2は加熱ヒーター、3
は基板、4は原料ガス流入口、5は反応ガス流入口、6
は、ガス噴き出しノズル、7は排気口である。図2は図
1のガス噴き出しノズル付近の拡大図であり、8は混合
ガスの乱流を示す。このノズルは図2に示すように、有
機金属(MO)原料ガスと反応ガスとをコーン型ノズル
内へ、ノズル断面の同一の接線方向へと入射することに
よってガスの乱流を作り、ガス噴き出しを行うものであ
る。次に具体的な作製条件として、イットリウム系酸化
物超電導体YBa2Cu3O7-Xを酸化マグネシウム基板上
に合成する実験を行った。原料としては、Y、Ba、Cu
のジピアロイルメタン誘導体を用い、これらを加熱によ
り気化させた。合成条件としては、原料の加熱温度をY
120℃、Ba240℃、Cu120℃に設定し、キャリ
アガスはアルゴン、反応ガスは酸素で反応部(炉)内圧
力は15Torr、基板温度は820℃に保持した。原
料ガス流入口4および反応ガス流入口からそれぞれガス
を噴き出し、乱流を形成させ、30分間反応を行った。
反応後、酸素気流中で室温まで自然放冷を行ったとこ
ろ、膜厚0.41ミクロンの酸化物膜が得られた。四端
子法により臨界温度を測定した。また、螢光X線分析に
より基板への堆積量測定結果からこの場合の合成速度を
計算で求めた。
置の構成図であり、1は反応管、2は加熱ヒーター、3
は基板、4は原料ガス流入口、5は反応ガス流入口、6
は、ガス噴き出しノズル、7は排気口である。図2は図
1のガス噴き出しノズル付近の拡大図であり、8は混合
ガスの乱流を示す。このノズルは図2に示すように、有
機金属(MO)原料ガスと反応ガスとをコーン型ノズル
内へ、ノズル断面の同一の接線方向へと入射することに
よってガスの乱流を作り、ガス噴き出しを行うものであ
る。次に具体的な作製条件として、イットリウム系酸化
物超電導体YBa2Cu3O7-Xを酸化マグネシウム基板上
に合成する実験を行った。原料としては、Y、Ba、Cu
のジピアロイルメタン誘導体を用い、これらを加熱によ
り気化させた。合成条件としては、原料の加熱温度をY
120℃、Ba240℃、Cu120℃に設定し、キャリ
アガスはアルゴン、反応ガスは酸素で反応部(炉)内圧
力は15Torr、基板温度は820℃に保持した。原
料ガス流入口4および反応ガス流入口からそれぞれガス
を噴き出し、乱流を形成させ、30分間反応を行った。
反応後、酸素気流中で室温まで自然放冷を行ったとこ
ろ、膜厚0.41ミクロンの酸化物膜が得られた。四端
子法により臨界温度を測定した。また、螢光X線分析に
より基板への堆積量測定結果からこの場合の合成速度を
計算で求めた。
【0008】比較のため、上記と同一の原料および合成
条件を用いて、混合ガスの乱流を作らずに、同一組成の
酸化物超電導膜の合成を実施した。本発明の場合と同様
に、反応後、酸素気流中で室温まで自然放冷を行って、
0.28ミクロンの厚さの膜を得た。この膜についても
同様に、膜質および超電導特性の測定を行った。これら
の結果を表1に示す。
条件を用いて、混合ガスの乱流を作らずに、同一組成の
酸化物超電導膜の合成を実施した。本発明の場合と同様
に、反応後、酸素気流中で室温まで自然放冷を行って、
0.28ミクロンの厚さの膜を得た。この膜についても
同様に、膜質および超電導特性の測定を行った。これら
の結果を表1に示す。
【0009】
【表1】
【0010】表1から明らかなように、本発明による方
法を用いれば、従来の方法と比べて合成速度がやや早く
なるとともに、臨界温度が従来の方法による膜と比べる
とはるかに高くなった。また膜の表面が本発明によるも
のの方がはるかに滑らかであった。
法を用いれば、従来の方法と比べて合成速度がやや早く
なるとともに、臨界温度が従来の方法による膜と比べる
とはるかに高くなった。また膜の表面が本発明によるも
のの方がはるかに滑らかであった。
【0011】実施例2 図3は、この発明の一実施例を示す内部加熱型CVD装
置の構成図であり、1は反応管、2は加熱ヒーター、3
は基板、4は原料ガス流入口、5は反応ガス流入口、6
はガス噴き出しノズル、7は排気口である。図4は、図
3のガス噴き出しノズル付近の拡大図であり、9は乱流
を作るための内羽根、8は混合ガスの乱流を示す。次に
具体的な作製条件として、イットリウム系酸化物超電導
体YBa2Cu3O7-Xを1cm角のチタン酸ストロンチウム
基板9枚を並べた大面積基板上に合成する実験を行っ
た。原料としては、Y、Ba、Cuのジピアロイルメタン
誘導体を用い、これらを加熱により気化させた。合成条
件としては、原料の加熱温度をY130℃、Ba250
℃、Cu140℃に設定し、キャリアガスはアルゴン、
反応ガスは酸素で反応部(炉)内圧力は10Torr、
基板温度は800℃に保持した。原料ガス流入口4およ
び反応ガス流入口からそれぞれガスを噴き出し、内羽根
を回転させて乱流を形成させ、30分間反応を行った。
反応後、酸素気流中で室温まで自然放冷を行ったとこ
ろ、膜厚0.5ミクロンの酸化物膜が得られた。四端子
法により臨界温度を測定した。また、膜厚は蛍光X線に
より膜の付着量を調べ、計算により求めた。
置の構成図であり、1は反応管、2は加熱ヒーター、3
は基板、4は原料ガス流入口、5は反応ガス流入口、6
はガス噴き出しノズル、7は排気口である。図4は、図
3のガス噴き出しノズル付近の拡大図であり、9は乱流
を作るための内羽根、8は混合ガスの乱流を示す。次に
具体的な作製条件として、イットリウム系酸化物超電導
体YBa2Cu3O7-Xを1cm角のチタン酸ストロンチウム
基板9枚を並べた大面積基板上に合成する実験を行っ
た。原料としては、Y、Ba、Cuのジピアロイルメタン
誘導体を用い、これらを加熱により気化させた。合成条
件としては、原料の加熱温度をY130℃、Ba250
℃、Cu140℃に設定し、キャリアガスはアルゴン、
反応ガスは酸素で反応部(炉)内圧力は10Torr、
基板温度は800℃に保持した。原料ガス流入口4およ
び反応ガス流入口からそれぞれガスを噴き出し、内羽根
を回転させて乱流を形成させ、30分間反応を行った。
反応後、酸素気流中で室温まで自然放冷を行ったとこ
ろ、膜厚0.5ミクロンの酸化物膜が得られた。四端子
法により臨界温度を測定した。また、膜厚は蛍光X線に
より膜の付着量を調べ、計算により求めた。
【0012】比較のため、上記と同一の原料および合成
条件を用い、内羽根のないノズルで混合ガスの乱流を作
らずに、同一組成の酸化物超電導膜の合成を実施した。
本発明の場合と同様に、反応後、酸素気流中で室温まで
自然放冷を行って、0.7〜0.1ミクロンの厚さの膜を
得た。この膜についても同様に、膜質および超電導特性
の測定を行った。これらの結果を表2に示す。
条件を用い、内羽根のないノズルで混合ガスの乱流を作
らずに、同一組成の酸化物超電導膜の合成を実施した。
本発明の場合と同様に、反応後、酸素気流中で室温まで
自然放冷を行って、0.7〜0.1ミクロンの厚さの膜を
得た。この膜についても同様に、膜質および超電導特性
の測定を行った。これらの結果を表2に示す。
【0013】
【表2】
【0014】表2から明らかなように、本発明による方
法を用いれば、膜厚と臨界温度のばらつきが小さく、全
体的に臨界温度が高い。それに対して、従来法による膜
は、膜厚と臨界温度のばらつきが大きく、全体的に臨界
温度が低い。また膜の表面形状は本発明によるものの方
がはるかに滑らかであった。
法を用いれば、膜厚と臨界温度のばらつきが小さく、全
体的に臨界温度が高い。それに対して、従来法による膜
は、膜厚と臨界温度のばらつきが大きく、全体的に臨界
温度が低い。また膜の表面形状は本発明によるものの方
がはるかに滑らかであった。
【0015】実施例1において、従来法で合成した酸化
物超電導体の合成速度が遅く、また臨界温度が低い理由
は、原料ガスと反応がスとの混合が不完全であるため反
応効率が低くなるとともに、反応管内でのガスの流れが
一様でないため、合成膜中における組成の不均質性が生
じることによると推定される。一方、実施例2におい
て、従来法による膜厚と臨界温度に大きなバラツキがあ
るのは、上記に示したのと同じ理由によるもので、大き
な面積の基板の場合それがさらに顕著なものになると推
定される。
物超電導体の合成速度が遅く、また臨界温度が低い理由
は、原料ガスと反応がスとの混合が不完全であるため反
応効率が低くなるとともに、反応管内でのガスの流れが
一様でないため、合成膜中における組成の不均質性が生
じることによると推定される。一方、実施例2におい
て、従来法による膜厚と臨界温度に大きなバラツキがあ
るのは、上記に示したのと同じ理由によるもので、大き
な面積の基板の場合それがさらに顕著なものになると推
定される。
【0016】なお、本発明は、上記実施例に示した装置
構成に限らず、有機金属材料と反応ガスの混合噴き出し
工程において両ガスの乱流を作るものであればどのよう
な装置構成を用いてもよい。
構成に限らず、有機金属材料と反応ガスの混合噴き出し
工程において両ガスの乱流を作るものであればどのよう
な装置構成を用いてもよい。
【0017】実施例1は、請求項1に示した乱流を用い
る方法において、請求項2に示したコーン型ノズルを用
いる乱流の形成方法を使用した。この場合、コーン型ノ
ズルの代わりに請求項3に示した円筒型ノズルを用いて
も同様の効果を得ることができた。また、実施例2は乱
流を作る方法として、請求項4に示した内バネをもった
ノズルを使用したものである。
る方法において、請求項2に示したコーン型ノズルを用
いる乱流の形成方法を使用した。この場合、コーン型ノ
ズルの代わりに請求項3に示した円筒型ノズルを用いて
も同様の効果を得ることができた。また、実施例2は乱
流を作る方法として、請求項4に示した内バネをもった
ノズルを使用したものである。
【0018】
【発明の効果】以上のように、有機金属(MO)原料ガ
スと反応ガスとの混合噴き出し工程において、両ガスの
乱流を作ることによって、均質なガス混合と混合ガスの
一様な噴き出しを行うことができるため、均質で特性の
優れた酸化物超電導体を大面積へも安定に合成すること
が可能となる。
スと反応ガスとの混合噴き出し工程において、両ガスの
乱流を作ることによって、均質なガス混合と混合ガスの
一様な噴き出しを行うことができるため、均質で特性の
優れた酸化物超電導体を大面積へも安定に合成すること
が可能となる。
【図1】本発明の実施例を示す外部加熱型CVD装置の
構成図である。
構成図である。
【図2】本発明の実施例を示すガス噴き出しノズル付近
の拡大図である。
の拡大図である。
【図3】本発明の実施例を示す内部加熱型CVD装置の
構成図である。
構成図である。
【図4】本発明の実施例を示すガス噴き出しノズル付近
の拡大図である。
の拡大図である。
1 反応管 2 加熱ヒーター 3 基板 4 原料ガス流入口 5 反応ガス流入口 6 ガス噴き出しノズル 7 排気口 8 混合ガスの乱流 9 内羽根
Claims (4)
- 【請求項1】 有機金属(MO)原料ガスと反応ガスと
の混合噴き出し工程において、両ガスの乱流を形成させ
ることを特徴とする、MOCVD法による酸化物超電導
体の製造方法。 - 【請求項2】 有機金属(MO)ガスと反応ガスとをコ
ーン型ノズル内へ、ノズル断面の接線方向に、あるいは
それに対してある角度をもたせて入射することによっ
て、両ガスの乱流が形成するように両ガスの噴き出しを
行う、請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 有機金属(MO)原料ガスと反応ガスと
を円筒型ノズル内へ、ノズル断面の接線方向に入射する
ことによって両ガスの乱流が形成するように両ガスの噴
き出しを行う、請求項1に記載の方法。 - 【請求項4】 有機金属(MO)原料ガスと反応ガスと
を、乱流形成用の内羽根をもったノズル内へ、該内羽根
を回転させながら入射することによって、ガスの乱流を
形成させる、請求項1に記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15934091A JPH0610138A (ja) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | Mocvd法による酸化物超電導体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15934091A JPH0610138A (ja) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | Mocvd法による酸化物超電導体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0610138A true JPH0610138A (ja) | 1994-01-18 |
Family
ID=15691699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15934091A Pending JPH0610138A (ja) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | Mocvd法による酸化物超電導体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0610138A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5728223A (en) * | 1995-06-09 | 1998-03-17 | Ebara Corporation | Reactant gas ejector head and thin-film vapor deposition apparatus |
| CN104471672A (zh) * | 2012-07-12 | 2015-03-25 | 应用材料公司 | 气体混合设备 |
| FR3029939A1 (fr) * | 2014-12-16 | 2016-06-17 | Saint-Gobain Lumilog | Reacteur de depot chimique en phase vapeur |
| JP2018050040A (ja) * | 2016-09-08 | 2018-03-29 | 東京エレクトロン株式会社 | 基板処理システムのための渦状微粒化ノズルアセンブリ、気化器、及び関連する方法 |
| US11732355B2 (en) | 2018-12-20 | 2023-08-22 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for supplying improved gas flow to a processing volume of a processing chamber |
-
1991
- 1991-07-01 JP JP15934091A patent/JPH0610138A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5728223A (en) * | 1995-06-09 | 1998-03-17 | Ebara Corporation | Reactant gas ejector head and thin-film vapor deposition apparatus |
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| JP2015528060A (ja) * | 2012-07-12 | 2015-09-24 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated | ガス混合装置 |
| US10232324B2 (en) | 2012-07-12 | 2019-03-19 | Applied Materials, Inc. | Gas mixing apparatus |
| FR3029939A1 (fr) * | 2014-12-16 | 2016-06-17 | Saint-Gobain Lumilog | Reacteur de depot chimique en phase vapeur |
| WO2016097610A1 (fr) * | 2014-12-16 | 2016-06-23 | Saint-Gobain Lumilog | Reacteur de depot chimique en phase vapeur |
| JP2018050040A (ja) * | 2016-09-08 | 2018-03-29 | 東京エレクトロン株式会社 | 基板処理システムのための渦状微粒化ノズルアセンブリ、気化器、及び関連する方法 |
| US11732355B2 (en) | 2018-12-20 | 2023-08-22 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for supplying improved gas flow to a processing volume of a processing chamber |
| US12595560B2 (en) | 2018-12-20 | 2026-04-07 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for supplying improved gas flow to a processing volume of a processing chamber |
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